元宝枫化学成分及产品应用现状研究进展

佟祎鑫，许佳敏，陈 芳，殷振雄，刘 娜，孔维宝, 3

(1.西北师范大学 生命科学学院，兰州 730070； 2.甘肃金宏源生物科技有限公司，甘肃 白银 730900；3.甘肃特色植物有效成分制品工程技术研究中心，兰州 730070)

元宝枫(AcertruncatumBunge.)是槭树科(Aceraceae)槭树属植物，因翅果形似中国古代金元宝而得名[1]，是一种新型多功能产油木本树种，在我国有较为广泛的分布。元宝枫籽含有丰富的油脂和蛋白质，元宝枫籽油中不饱和脂肪酸和维生素E含量较高，且含有独特的神经酸[2]；此外，元宝枫叶中含有高度生物活性的化合物，如生物碱、黄酮、单宁、绿原酸、萜类、植物甾醇、苯甲酸衍生物等，其产品可广泛应用于医疗、食品、工业等方面，具备较高的潜在利用价值[3]。元宝枫的化学成分是发挥其生物学功能的重要基础，明确元宝枫的化学成分对元宝枫产品的研发应用具有重大意义。本文总结了元宝枫籽油中脂肪酸与维生素E的组成、元宝枫籽蛋白中氨基酸的构成、元宝枫黄酮的组分及三者的提取方法与生理功能，并对元宝枫产品的应用现状进行综述，旨在为元宝枫特有资源的深度开发及综合利用提供参考。

1 元宝枫籽油

1.1 元宝枫籽油中脂肪酸与维生素E的组成及含量

元宝枫籽油的脂肪酸组成及含量如表1所示。由表1可看出，元宝枫籽油的不饱和脂肪酸含量高达92%，与核桃油中的含量(91.4%)[5]接近，主要为油酸和亚油酸，其中亚油酸含量(37.35%)高于进口橄榄油(4.0%)[5]。元宝枫籽油中含有5.52%的神经酸(顺-15-二十四碳烯酸)。神经酸是人体脑神经细胞的关键成分，可增强脑神经活性，保护脑神经和修复受损的脑神经纤维，是大脑发育所必需的营养物质[6]，对改善大脑神经活动、预防脑神经退行性疾病有重要作用。

表1 元宝枫籽油的脂肪酸组成及含量[4]

元宝枫籽油中脂溶性维生素含量丰富，维生素E含量达125.23 mg/100 g，是花生油(42.06 mg/100 g)的2倍以上，远超过棕榈油(15.24 mg/100 g)中的含量[7]，主要包括β-、γ-VE和δ-VE，如表2所示。因此，元宝枫籽油具有预防心脑血管疾病、提高人体免疫力、抵抗自由基、保护肝脏、抗衰老和预防皮肤角质化的作用。

表2 元宝籽枫油中维生素E的含量[7]

1.2 元宝枫籽油的提取方法

元宝枫籽油的提取方法主要包括压榨法、浸出法、水酶法、超临界萃取法以及亚临界萃取法等[8]。

压榨法属于传统方法，有热榨和冷榨两种方式。盛平想等[9]探索了不同蒸炒温度对元宝枫种子压榨出油率的影响，结果显示，当蒸炒温度达到100℃时元宝枫种仁出油率最高，为38.45%。徐明辉等[10]采用低温冷榨工艺(入榨温度低于65℃)制备元宝枫籽油。该方法可获得优良品质的油脂和高品质的蛋白粉。压榨法提油经历了长期的技术改良后，目前具有相对较高的出油率，但仍存在耗能较高的缺点。

浸出法也是一种传统的油脂提取方法，该方法的优点在于饼粕中残油低、出油率较高。刘祥义等[4]通过石油醚(沸程60～90℃)浸提元宝枫种仁粉数次，回收溶剂、干燥后得到淡黄色元宝枫籽油。

水酶法是在一定的机械破碎的基础上，借助某些可以将植物细胞壁分解的酶类(如果胶酶、纤维素酶)与油料反应使得其中的油脂释放，然后利用非油成分与油亲和力的差异及油和水密度的不同而将油和非油成分相互分离的方法。徐丹[11]利用碱性蛋白酶作为实验酶，在料液比1∶4、pH 10、酶解温度45℃的条件下酶解元宝枫种仁粉5 h，清油出油效率可达到60.51%；此工艺中，酶除了发挥水解脂蛋白、降解油料细胞的作用外，还可以将附着在油滴表层的脂蛋白膜破坏，使乳状液的稳定性下降进而提升出油率。

超临界萃取法是指在超临界状态下，将待萃取的物质与超临界流体接触，通过提高温度和减小压力的方式选择性地萃取有效成分。该方法清洁、环保，不会破坏油脂中的天然营养成分[12]，已用于猕猴桃籽油、沙棘油、番茄籽油等多种油脂的制取[13]。在元宝枫籽油的提取中也有一定的应用，如胡鹏[14]采用超临界CO2萃取技术提取元宝枫籽油，对萃取条件进行研究，得到元宝枫籽油的最佳萃取条件为压力39 MPa、温度44℃和时间10 h，在最佳萃取条件下油得率为43.07%；然而甘油三酯在CO2中溶解度低、萃取压力大、萃取时间长，导致超临界萃取效率较低。超临界流体萃取法设备投资较多，因此这种方法的提取对象通常是具有高附加值的产品，特别适用于萃取资源稀少、功效作用大的产品。随着我国设备生产的不断进步，将会大幅降低超临界设备的投资，推动元宝枫籽油的生产[15]。

亚临界流体萃取法，又称加压低极性流体萃取法，是目前较流行的有机溶剂萃取技术之一，其弥补了传统有机溶剂萃取和压榨法的不足，被视为萃取工业的一场技术革命[16]。胡鹏[14]研究了亚临界流体萃取法提取元宝枫籽油，结果表明，在萃取温度40℃、料液比1∶3、萃取次数3次、每次萃取时间30 min条件下，元宝枫籽油得率达到43.60%，高于超临界萃取法最佳条件下的得率(43.07%)，并且亚临界流体萃取法从萃取到分离只需一步，具有萃取温度和萃取压力较低、萃取时间较短、环境相容性好、选择性好和避免溶剂残留等优点，因此被认为是一种更高效的提取方法。

1.3 元宝枫籽油的生理功能

元宝枫籽油中含有维生素E，可起到抗氧化作用，防止自由基对人体细胞的毒害，延缓衰老。元宝枫籽油中的神经酸与大脑发育密切相关，可预防神经纤维萎缩、促进脑发育、增强脑神经活性，具有改善记忆和认知功能，预防和治疗脑疾病的作用[17]。此外，元宝枫籽油具有良好的抗菌效果，还可以增强小鼠机体的运动能力，如：Zhu等[18]通过在运动训练中给疲劳的小白鼠服用低剂量的元宝枫籽油，发现元宝枫籽油可以有效缓解小鼠因运动疲劳引起的骨骼肌氧化应激障碍。元宝枫籽油具有良好的抗癌及抗炎功效，如：王性炎等[7]研究表明，元宝枫籽油乳液对S180肉瘤细胞有显著的抑制作用，同时元宝枫籽油乳液对艾氏腹水癌小鼠生命延长有显著效果，且无毒害副作用；梁婵华等[19]通过研究元宝枫籽油对脂多糖诱导的雄性小鼠肠道炎症的改善机制，发现元宝枫籽油可以显著控制其体重的下降，降低小鼠结肠质量与长度比，同时抑制肠道炎症小鼠血清炎性因子和结肠炎性因子表达，缓解小鼠肠道炎症反应。

2 元宝枫籽蛋白

2.1 元宝枫籽蛋白的氨基酸组成及理化性质

元宝枫籽粒中的蛋白质相比于其他同属植物含量丰富，其不同采收期的蛋白质含量有一定差异，采收期在10月份果实籽粒蛋白质含量为47.95%，其次是12月份果实籽粒蛋白质含量为40.96%，在落叶以后果实籽粒蛋白质含量为35.09%[20]。元宝枫籽蛋白属于完全蛋白，含有8种人体必需氨基酸，比例合适、含量充足，其中含硫氨基酸和碱性氨基酸占有较大比例。表3为元宝枫籽蛋白的氨基酸组成及含量。在人体必需氨基酸中，元宝枫籽蛋白的Lys含量(4.17 g/16 g，以氮质量计，下同)高于花生蛋白(3.0 g/16 g)；Met含量类似大豆蛋白(1.56 g/16 g)且高于花生蛋白(0.9 g/16 g)[21]。在非必需氨基酸中，元宝枫籽蛋白的Glu、Arg以及Gly含量远远高于其他油料蛋白。元宝枫籽蛋白的等电点为4.38，在pH 6～7的范围内元宝枫种仁脱脂粉的溶解度、起泡性、泡沫稳定性和乳化稳定性表现良好[22]。元宝枫籽蛋白吸油能力和发泡能力与脱脂大豆粉相比要高得多[22]。

表3 元宝枫籽蛋白中氨基酸组成及含量(以氮质量计)[21] g/16 g

2.2 元宝枫籽蛋白的提取方法

元宝枫籽蛋白的提取方法主要包括碱溶酸沉法和盐提法。王性炎等[21]利用碱溶酸沉法将得到的元宝枫种仁脱脂粉按照固液比1∶10加水，与水混合均匀后用10%NaOH溶液将pH调至7.0，用胶体磨磨浆5 min后置于40℃水浴中，搅拌抽提30 min，然后过0.075 mm(200目)筛，再将固相物质以固液比1∶5加水进行第二次抽提，将第一次抽提液与第二次抽提液混合后加入HCl调节pH至4.38，静置10 h后离心分离去除乳清水，利用真空干燥沉淀物再进行研磨，即得元宝枫种仁蛋白(ABPI)。刘昱迪等[23]通过盐提法将元宝枫籽脱脂粉与0.1 mol/L NaCl溶液以料液比1∶20混合，于40℃下搅拌2 h，在室温下以4 000 r/min离心20 min后收集上清液，并用1 mol/L HCl溶液调pH至3.5使蛋白沉淀，以4 000 r/min离心15 min，收集沉淀，于4℃透析48 h，冻干后获得盐提蛋白(ABSPI)。研究表明：不同提取方法对元宝枫籽蛋白的结构和功能特性产生了显著性差异：与ABSPI相比，ABPI的表面疏水性、总巯基含量、游离巯基含量与二硫键含量较高，起泡性及泡沫稳定性更好；通过扫描电镜观察发现ABPI结构紧密，而ABSPI呈有序簇状球形蛋白[23]。

2.3 元宝枫籽蛋白的生理功能

元宝枫籽蛋白营养成分丰富，必需氨基酸占比约30%，必需氨基酸与非必需氨基酸的比值大于40%，符合联合国粮农组织与世界卫生组织提出的参考蛋白模式，属于优质蛋白资源，具有较高的营养价值。由于元宝枫籽蛋白中含有较多谷氨酸，谷氨酸通过转氨基反应生成部分氨基酸并参与核苷酸的合成，可以解除肌肉、肝脏及大脑等组织中氨的毒害，与神经系统和脑组织的正常功能有密切的关联，在生物体代谢过程中发挥着重要作用。

3 元宝枫黄酮

3.1 元宝枫黄酮的组成及性质

元宝枫叶常用于提取黄酮，在不同的季节元宝枫叶总黄酮含量不同，平均达4.2%，最高达7.3%，其中夏季叶黄酮总量>秋季叶黄酮总量>春季叶黄酮总量，且叶肉中黄酮总量大于叶柄中黄酮总量[24]。从元宝枫叶中分离并通过气相色谱检测分析可得到6种黄酮苷化合物，即槲皮素-3-O-α-L-吡喃鼠李糖苷、槲皮素-3-O-α-L-吡喃阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-β-D-半乳吡喃糖苷、杨梅素-3-O-α-L-吡喃鼠李糖苷、山奈酚-3-O-α-L-吡喃鼠李糖苷和异鼠李黄素-3-O-α-L-吡喃阿拉伯糖苷[25]。元宝枫叶黄酮与银杏叶黄酮成分、药理相类似，可被广泛用于食品、医药、保健品行业，这些黄酮化合物在360 nm处具有紫外吸收峰，一般情况下呈灰黄或黄色，在不同状态下其溶解度有着很大区别，难溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂及稀碱溶液中，一旦羟基糖苷化后，其水溶解度提高，但在有机溶剂中的溶解度有所下降。

3.2 元宝枫黄酮的提取方法

元宝枫黄酮的提取方法主要有溶剂提取法和超声波辅助法。王兰珍等[26]以西北林学院实验地的元宝枫叶为实验材料，比较了碱液、热水、丙酮、甲醇、乙醇5种溶剂的黄酮提取率，结果发现，选用70%乙醇和60%丙酮作为提取剂提取元宝枫叶中黄酮，可获得较高提取率，分别为12.20%和19.92%。曾里等[27]对超声波辅助法和传统浸提法进行了对比，结果发现超声波辅助法提取元宝枫黄酮是一种快速、高效、节能的新型提取方法。超声波辅助法提取元宝枫黄酮的最佳提取条件为以60%乙醇为溶剂、料液比1∶25、提取温度60℃、超声时间30 min，此条件下得率达到6.26%。此外，超临界萃取法能够通过调节温度和压力进行有选择性的提取和分离纯化活性成分，已用于提取银杏叶中的黄酮[28]，但在元宝枫黄酮的提取中应用较少。因此，后期可对超临界萃取法提取元宝枫黄酮的工艺进行研究。

3.3 元宝枫黄酮的生理功能

黄酮类化合物在元宝枫活性物质中占比较大，有抑菌、抗肿瘤、降血脂、消炎利胆、保护肝脏等作用。黄相中等[29]通过微生物纸片法与分光光度法检测了元宝枫叶中黄酮类提取物的抗氧化活性，并研究了在不同条件下此类物质的稳定性，结果表明，元宝枫黄酮具有较强的自由基清除能力，其抗氧化能力远远超过维生素E。元宝枫黄酮可增强心肌细胞在缺氧条件下的忍耐能力，对治疗心肌梗死、心绞痛、心力衰竭有重要意义[30]。

4 元宝枫产品应用现状

4.1 医疗保健方面

2018年5月“元宝枫籽油添加治疗老年性痴呆的临床疗效观察”已获得国家临床试验号(CHicTR1800016024)，使元宝枫籽油进入医药新时代。元宝枫籽油可较好地抑制肿瘤细胞生长，修复受损的神经细胞[31]，有效抑制多种细菌和真菌的生长，促进健康组织的生长，可开发新型抗癌药品及抗菌药物。研究发现，通过给艾滋病患者服用含有神经酸的“元宝枫养生酒”，有一半的患者血液CD4T淋巴细胞超过正常水平，表现出良好的治疗效果[32]。

4.2 化工方面

元宝枫种皮和果翅中含有多种单宁成分，在种皮中含量最高(通常可达60%左右)。从元宝枫种子中提取栲胶单宁，纯度可达80%以上，达到了LY/T 1090—1993规定的特级品标准含量[33]。元宝枫单宁成革颜色相对比较浅，柔软程度较高，优于进口的黑荆树单宁。在印染业，元宝枫单宁固色效果好，牢度高、色泽高纯[33]，完全可以替代五倍子单宁成为良好的工业原料，可作为一种新型优质的纺织印染固色剂。

史宣明等[34]利用元宝枫籽油作为原料，在固体超强酸催化作用下与甲醇发生酯交换反应制备生物柴油，所制备的生物柴油达到GB/T 20828—2007要求。

元宝枫籽油含有丰富的脂肪酸和维生素E，可作为化妆品工业的原料。目前以元宝枫籽油为原料研发的化妆品有元宝美容霜、元宝洗面奶和元宝枫润肤霜，这些产品能有效预防鳞屑症和表皮细胞增生，能为肌肤提供多种有效成分和必需脂肪酸，进而提高肌肤抗氧化能力和平衡肌肤的渗透能力，并且符合国内化妆品行业绿色、天然、安全和环保的要求[35]。

4.3 食品方面

元宝枫叶中的SOD、VE、黄酮类化合物和绿原酸具有超强的抗氧化能力，能有效防止自由基损伤细胞膜、氧化细胞；此外，元宝枫叶中含有丰富的矿物质元素，并且具有十分典型的低钠高钾特点[36]，有益于保持体内酸-碱平衡和正常血压。基于此，已开发出元宝枫茶。元宝枫种仁蛋白是一种优质植物蛋白，基于此已开发出蛋白乳、酸乳等营养价值丰富的饮品[37]、酿造酱油[38]及强化面包[39]。另外，还有以元宝枫籽油为原料开发的夹心型凝胶糖果[40]。

4.4 饲料添加剂

目前对于元宝枫在饲料添加剂中的应用主要集中在元宝枫叶。元宝枫叶中含有黄酮、绿原酸和多糖等天然活性物质[41]，饲粮中添加发酵元宝枫叶可以促进畜禽生长，提高畜禽机体免疫力，进而提高家禽肉类质量。张旭晖等[42]研究表明，将发酵元宝枫叶适量添加于饲粮中可以在一定程度上改善育肥猪的生产性能，提升肉品质和肠道健康；赵素君等[43]通过在肉鸡饲料中添加元宝枫黄酮，检测添加不同水平(0、5、10、20、40 mg/kg)的元宝枫黄酮对肉鸡免疫机能的影响，结果发现，添加适当剂量的元宝枫黄酮可以极显著提高胸腺指数、T淋巴细胞转化率、法氏囊指数等，进而提高肉鸡的细胞免疫作用。现阶段关于元宝枫叶中的活性物质及其添加量的研究尚不明确，对于元宝枫叶中其他有效成分添加到饲料中的报道较少。因此，元宝枫叶应用于饲料添加剂仍需深入研究，以期在饲料行业获得更大的市场空间。

5 问题与展望

现有研究已证实元宝枫具有丰富的营养成分和药用价值，在生态绿化、特种油料生产、食药新资源、食品开发等领域的应用前景非常广阔。但目前对元宝枫的应用基础研究和产业化开发还不够系统全面，极大限制了该产业的可持续发展。问题主要表现在：①提取元宝枫活性物质的研究和加工元宝枫产品仍然停留于实验室阶段，元宝枫产品的研制和工业化还需进一步开展；②实验室的研究主要针对元宝枫籽油和黄酮这两大活性物质，对其他有效活性成分的研究较少、关注度较低，限制了行业开发的积极性和热情；③限于生产资源数量和市场问题，目前很多元宝枫产品开发处于试制水平，有价无市的问题比较突出。针对目前在元宝枫基础研究和产业发展中存在的问题，未来应注重优质元宝枫叶品系的筛选，高效获取有效活性成分，研发高质量产品，实现“种植试验—优良种子选定—商品开发”的连锁展开；进一步加大对元宝枫生物学基础研究和应用基础研究，采用现代生物科学研究技术手段探明元宝枫生殖繁育机理以及种仁油脂、蛋白质和其他活性成分的生物合成及积累规律，为元宝枫生物质资源的最大量生产和有效成分的开发提供理论依据；从元宝枫的理化性质及药理活性出发，侧重元宝枫在神经性疾病和抗癌方面的临床试验，开发出有效的神经药物以及元宝枫抗癌药品，进一步加大对元宝枫生物研制的科学基础研究和技术体系开发。